特許 7270219 光合波器及びそれを用いた画像投影装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-27

(45)【発行日】2023-05-10

(54)【発明の名称】光合波器及びそれを用いた画像投影装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/10 20060101AFI20230428BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20230428BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20230428BHJP

   G03B 21/14 20060101ALI20230428BHJP

   G02B 27/42 20060101ALN20230428BHJP

【ＦＩ】

G02B27/10

G02B5/18

G03B21/00 D

G03B21/14 A

G02B27/42

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019184783

(22)【出願日】2019-10-07

(65)【公開番号】P2021060512

(43)【公開日】2021-04-15

【審査請求日】2022-07-22

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高田 和政

(72)【発明者】

【氏名】松田 孝司

(72)【発明者】

【氏名】福井 厚司

【審査官】山本 貴一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０９０７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００３－５０６７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０６６３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１７２９６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００８２８６３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／０３５３４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０３１４７９３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／１０，５／１８，６／４２

Ｇ０２Ｂ ２６／１０，２６／１２

Ｇ０３Ｂ ２１／００

Ｈ０１Ｓ ５／０２－５／０２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

波長の異なる複数の入射光を合波して射出する光合波器であって、
前記複数の入射光が入射する入射面と、
前記入射面に入射した前記複数の入射光を反射する第１の反射面と、
前記第１の反射面で反射した複数の反射光を外部に射出する射出面と
を備え、
前記入射面には、各入射光に対応した複数の隣接した集光レンズが設けられており、
前記第１の反射面は、前記各集光レンズで集光した入射光をそれぞれ反射する複数の隣接した反射面を有し、
前記複数の反射面は、それぞれ、隣接する前記集光レンズで集光した各入射光がなす角度に対して、隣接する前記反射面で反射した各反射光がなす角度が小さくなるように、配置されており、
前記射出面には、前記複数の反射面で反射した複数の反射光が、同じ位置に入射して同一方向に回折される透過型の回折格子が設けられている、光合波器。

【請求項2】

前記複数の反射面は、第１反射面と、該第１反射面に隣接する第２反射面及び第３反射面とからなり、
前記第２反射面及び第３反射面は、それぞれ、前記第１反射面に対して、互いに斜め方向に傾斜して配置されている、請求項１に記載の光合波器。

【請求項3】

前記入射面、前記第１の反射面、及び前記射出面は、透明な同一部材の表面に形成されている、請求項１に記載の光合波器。

【請求項4】

前記複数の反射面で反射した各反射光を、平行光化して反射する第２の反射面をさらに備え、
前記第２の反射面で反射した複数の平行光が、前記回折格子に入射される、請求項１に記載の光合波器。

【請求項5】

前記複数の反射面は、それぞれ、前記入射面に入射した前記複数の入射光を全反射する、請求項１に記載の光合波器。

【請求項6】

隣接する前記反射面で反射した各反射光がなす角度は、２°以下である、請求項１に記載の光合波器。

【請求項7】

前記複数の集光レンズは、前記複数の入射光を、それぞれ、前記複数の反射面にライン状に集光する、請求項１に記載の光合波器。

【請求項8】

前記複数の入射光は、光の３原色である赤色、緑色、及び青色の波長からなり、
前記緑色の波長の入射光が、前記第１反射面に入射し、
前記赤色の波長の入射光、及び前記青色の波長の入射光が、それぞれ、前記第２反射面及び前記第３反射面に入射する、請求項２に記載の光合波器。

【請求項9】

前記緑色の波長の入射光が、前記回折格子において、１次回折光の回折効率が最大になるように設定されている、請求項８に記載の光合波器。

【請求項10】

請求項１～９の何れかに記載の光合波器と、
波長の異なる複数の光を射出し、該複数の光を前記光合波器に入射する複数の光源と、
前記光合波器から前記複数の光を合波して射出された射出光を走査する走査手段と、
前記光源において射出する複数の光、及び前記走査手段において前記射出光の走査を制御する制御手段と
を備えた画像投影装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、波長の異なる複数の入射光を合波して射出する光合波器、及びそれを用いた画像投影装置に関する。

【背景技術】

【0002】

波長毎に反射と透過を制御できるダイクロイックミラーを用いて、異なる波長の光を１つの光に合波する光合波器が知られている。

【0003】

ダイクロイックミラーを用いた光合波器は、高い光効率で異なる波長の光を合波することができるが、多層の光学薄膜が必要となり、コストが高くなるという課題がある。

【0004】

特許文献１には、回折格子を用いた光合波器が開示されている。特許文献１に開示された光合波器は、図９に示すように、回折格子１００と、コリメータレンズ１１０、１２０、１３０とが、一体化された樹脂で構成されている。波長の異なる光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、それぞれ、コリメータレンズ１１０、１２０、１３０で平行光化されて、回折格子１００で回折反射する。光Ｌ１，Ｌ２、Ｌ３は、回折格子１００の同じ位置に入射し、各光の反射光が同一光路Ｌ４となるように、回折格子１００への入射角が設定されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１０－２４３９８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に開示された光合波器は、回折格子１００と、コリメータレンズ１１０、１２０、１３０とを、樹脂成形により一体的に製造することができるため、コストの低減を図ることができる。

【0007】

しかしながら、異なる波長の光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の光源を、物理的に離して配置すると、各波長の光の回折格子１００での回折角が大きくなるため、回折効率が大幅に低下する。これは、一つの波長の光に対しては、高い回折効率の最適化を図ることができるが、最適化した波長以外の光に対しては、回折効率が低下してしまうためである。特に、回折角を大きくすると、最適化した波長以外の光に対して、回折効率の低下が顕著になる。

【0008】

一方、回折格子１００での回折角を小さくすると、回折効率は高くなるが、各波長の光の回折角が互いに近くなる。そのため、各波長の光の光源を互いに分離するためには、各波長の光源から回折格子１００に至る光路長さを長くする必要がある。その結果、各波長の光源を、回折格子１００からかなり離れた位置に配置する必要があるため、光源を含む光学系が大型化してしまうという課題がある。

【0009】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その主な目的は、回折効率が高く、光源を含む光学系の小型化を図ることができる光合波器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に関わる光合波器は、波長の異なる複数の入射光を合波して射出する光合波器であって、複数の入射光が入射する入射面と、入射面に入射した複数の入射光を反射する第１の反射面と、第１の反射面で反射した複数の反射光を外部に射出する射出面とを備えている。

【0011】

入射面には、各入射光に対応した複数の隣接した集光レンズが設けられており、第１の反射面は、各集光レンズで集光した光をそれぞれ反射する複数の隣接した反射面を有し、複数の反射面は、それぞれ、隣接する集光レンズで集光した各入射光がなす角度に対して、隣接する反射面で反射した各反射光がなす角度が小さくなるように配置されており、射出面には、複数の反射面で反射した複数の反射光が、同じ位置に入射して同一方向に回折される透過型の回折格子が設けられている。

【0012】

本発明に関わる画像投影装置は、上記の光合波器と、波長の異なる複数の光を射出し、複数の光を光合波器に入射する複数の光源と、光合波器から複数の光を合波して射出された射出光を走査する走査手段と、光源において射出する複数の光、及び走査手段において射出光の走査を制御する制御手段とを備えている。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、回折効率が高く、光源を含む光学系の小型化を図ることができる光合波器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態における光合波器の構成を模式的に示した平面図である。

【図2】図１のII－II線に沿った断面図である。

【図3】図３（ａ）は、第１の反射面の平面図で、図３（ｂ）は、図３（ａ）のIIIb－IIIb線に沿った断面図である。

【図4】第１の反射面に入射した入射光と、第１の反射面で全反射した反射光との関係を示した図である。

【図5】図２において、Ｘ軸に垂直な方向から見た回折格子の拡大図である。

【図6】図６（ａ）及び（ｂ）は、本発明の変形例における第１の反射面の構成を示した図である。

【図7】第１の反射面に入射した入射光と、第１の反射面で全反射した反射光との関係を示した図である。

【図8】本発明の他の実施形態における画像投影装置を模式的に示した図である。

【図9】従来の光合波器の構成を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

【0016】

図１は、本発明の一実施形態における光合波器の構成を模式的に示した平面図である。また、図２は、図１のII－II線に沿った断面図である。なお、図１において、紙面上下方向をＸ軸、紙面奥行き方向をＹ軸、紙面左右方向をＺ軸とする。

【0017】

図１及び図２に示すように、本実施形態における光合波器１は、入射面１０、第１の反射面２０、第２の反射面４０、及び射出面３０を備え、それぞれ、透明な同一部材の表面に形成されている。透明な同一部材は、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ガラス等からなる。

【0018】

入射面１０には、波長の異なる複数の入射光が入射される。入射面１０に入射した複数の入射光は、第１の反射面２０で反射される。第１の反射面２０で反射した複数の反射光は、第２の反射面４０で、平行光化されて反射される。第２の反射面４０で反射した複数の平行光は、射出面３０に設けられて回折格子３１によって合波され、射出面３０から外部に射出される。例えば、波長の異なる複数の入射光として、光の３原色である赤色、緑色、青色の波長の光を用いた場合、射出面３０からは、３つの波長の光が合波された白色光が射出される。

【0019】

以下、光合波器１の各構成について詳しく説明する。

【0020】

図１及び図２に示すように、光合波器１に対向する位置に、波長の異なる光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を射出する光源５０、５１、５２が配置されている。光源５０、５１、５２は、例えば、半導体レーザからなる。

【0021】

光源５０、５１、５２から射出されたＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、入射面１０に入射される。入射面１０には、各入射光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に対応した複数の集光レンズ１１、１２、１３が、隣接して設けられている。集光レンズ１１、１２、１３で集光された光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、第１の反射面２０に入射される。

【0022】

図３（ａ）は、第１の反射面２０の平面図で、図３（ｂ）は、図３（ａ）のIIIb－IIIb線に沿った断面図である。

【0023】

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の反射面２０は、各集光レンズ１１、１２、１３で集光された光を、それぞれ反射する複数の隣接した反射面（第１反射面２１と、第１反射面に隣接する第２反射面２２及び第３反射面２３）を有する。

【0024】

本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、第１反射面２１は、ＸＺ面内に形成され、第２反射面２２及び第３反射面２３は、それぞれ、第１反射面２１に対して、互いに斜め方向に傾斜して配置されている。なお、第１の反射面２０は、光合波器１の底部から窪んだ位置に形成されている。

【0025】

集光レンズ１１、１２、１３は、直交する方向で異なる曲率のレンズからなり、例えば、アナモフィック形状からなる。各集光レンズ１１、１２、１３に入射した光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、それぞれ、ＸＺ面内とＹＺ面内で別々に集光される。これにより、光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、各反射面２１、２２、２３の中央付近に、幅ｂのライン状に集光される。また、図２に示すように、光Ｌ１は、ＹＺ面において、平行光に近い状態で、反射面２１に入射する。同様に、光Ｌ２、Ｌ３も、それぞれ、ＹＺ面において、平行光に近い状態で、反射面２２、２３に入射する。

【0026】

入射光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の各反射面２１、２２、２３への入射角は、全反射する臨界角よりも大きくなるように設定されている。例えば、光合波器１がポリカーボネート（屈折率が約１．５９）からなる場合、全反射の臨界角は約３９°である。

【0027】

図４は、反射面２１、２２、２３に入射した入射光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と、反射面２１、２２、２３で全反射した反射光Ｌ１ａ、Ｌ２ａ、Ｌ３ａとの関係を示した図である。

【0028】

図４に示すように、Ｚ軸に対して平行に第１反射面２１に入射した光Ｌ１は、Ｚ軸に対して平行に、反射光Ｌ１ａが反射される。これに対して、第２反射面２２は、第１反射面２１に対して傾斜しているため、Ｚ軸に対して角度αで入射した光Ｌ２は、Ｚ軸に対して、角度αよりも小さい角度βで、反射光Ｌ２ａが反射される。同様に、第３反射面２３も、第１反射面２１に対して傾斜しているため、Ｚ軸に対して角度αで入射した光Ｌ３は、Ｚ軸に対して、角度αよりも小さい角度βで、反射光Ｌ３ａが反射される。

【0029】

すなわち、複数の反射面２１、２２、２３は、隣接する集光レンズ１１、１２（１１、１３）で集光した入射光Ｌ１、Ｌ２（Ｌ１、Ｌ３）のなす角度αに対して、隣接する反射面２１、２２（２１、２３）で反射した反射光Ｌ１ａ、Ｌ２ａ（Ｌ１ａ。Ｌ３ａ）のなす角度βが、小さくなるように配置されている。

【0030】

このように、本実施形態において、複数の反射面２１、２２、２３からなる第１の反射面２０は、光線角度変換機能を有する。そのため、図１に示したように、異なる波長の光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の光源５０、５１、５２を、光合波器１の近傍で、物理的に離れた位置に配置しても、互いになす角度が大きい入射光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を、互いになす角度が小さい反射光Ｌ１ａ、Ｌ２ａ、Ｌ３ａに変換することができる。反射光Ｌ１ａ、Ｌ２ａ、Ｌ３ａは、後述するように、回折格子に入射されるため、反射光Ｌ１ａ、Ｌ２ａ、Ｌ３ａの回折格子での回折角を小さくできる。その結果、回折効率の高い光合波器１を実現することができる。

【0031】

また、異なる波長の光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の光源５０、５１、５２を、光合波器１の近傍に配置しても、回折効率の高い光合波器１が実現できるため、光源を含む光学系の長さを短縮して、小型化を図ることができる。

【0032】

図１及び図２に示すように、反射面２１、２２、２３で反射された反射光Ｌ１ａ、Ｌ２ａ、Ｌ３ａは、第２の反射面４０に入射される。第２の反射面４０は、例えば、アナモフィック形状の全反射レンズで構成され、ＸＺ面内とＹＺ面内で別々に集光を行う。なお、第２の反射面４０は、第２の反射面４０での反射光Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂ、Ｌ３ｂが、平行光化されるように、全反射レンズの焦点面が、各反射面２１、２２、２３の中央付近に来るように配置されている。これにより、第２の反射面４０で反射された反射光Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂ、Ｌ３ｂは円形になる。

【0033】

図１及び図２に示すように、第２の反射面４０で反射された反射光Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂ、Ｌ３ｂは、射出面３０に設けられた透過型の回折格子３１に入射される。

【0034】

図５は、図２において、Ｘ軸に垂直な方向から見た回折格子３１の拡大図である。回折格子３１の格子溝は、傾斜角θのブレーズ型で、ピッチＰの周期構造からなる。また、回折格子３１は、格子溝方向がＹＺ面と平行で、面法線Ｐが、ＸＺ面内において、Ｚ軸と角度をなして配置されている。

【0035】

図５に示すように、第２の反射面４０で反射された反射光Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂ、Ｌ３ｂは、平行光になっているため、反射光Ｌ１ｂ及び反射光Ｌ２ｂのなす角度βが、図４に示した角度βと同じ角度で、回折格子３１に入射する。同様に、反射光Ｌ１ｂ及び反射光Ｌ３ｂのなす角度βも、図４に示した角度βと同じ角度で、回折格子３１に入射する。また、回折格子３１は、反射光Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂ、Ｌ３ｂが、回折格子３１で回折して射出するとき、１次回折光Ｌ４が、回折格子３１の格子面に垂直になるように配置されている。

【0036】

具体的には、反射光Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂ、Ｌ３ｂの回折角を、それぞれ、φ１、φ２、φ３とし、入射光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の波長をλ１、λ２、λ３とし、光合波器１の屈折率をｎとすると、回折格子３１は、以下の式（１）、（２）、（３）を満たすように配置されている。なお、回折角は、回折格子３１の面法線Ｐに対する入射光の角度である。

【0037】

φ１＝ａｓｉｎ（ｎ×λ１／ｐ）・・・式（１）
φ２＝ａｓｉｎ（ｎ×λ２／ｐ）・・・式（２）
φ３＝ａｓｉｎ（ｎ×λ３／ｐ）・・・式（３）
ここで、波長λ１の反射光Ｌ１ｂに対して、１次回折光の回折効率（以下、単に、「１次回折効率」という）が最大となるよう、回折格子３１の格子溝深さを最適化した場合、波長λ２、λ３の反射光Ｌ２ｂ、Ｌ３ｂに対する１次回折効率は、反射光Ｌ１ｂに対する１次回折効率よりも低くなる。

【0038】

図５に示すように、回折角φ２と回折角φ１の差（φ２－φ１）、及び回折角φ３と回折角φ１の差（φ１－φ３）は、図４に示した角度βと等しい。また、図４を参照しながら説明したように、入射光Ｌ１、Ｌ２及びＬ１、Ｌ３がなす角度αは、光線角度変換機能を有する第１の反射面２０によって、反射光Ｌ１ａ、Ｌ２ａ及びＬ１ａ、Ｌ３ａがなす角度βに変換される。

【0039】

角度βは、角度αよりも小さくなっているので、回折角φ２とφ１の差β（φ２－φ１）、及び回折角φ３とφ１の差β（φ１－φ３）は、小さくなっている。そのため、反射光Ｌ２ｂ、Ｌ３ｂの回折角φ２、φ３も小さくなっている。１次回折効率の低下は、回折角φ２、φ３が小さいほど低いため、反射光Ｌ２ｂ、Ｌ３ｂも、大部分は、１次回折光として、回折格子３１の格子面に垂直な方向に射出される。その結果、１次回折効率の高い光合波器１を実現することができる。

【0040】

ところで、第１の反射面２０（複数の反射面２１、２２、２３）と、第２の反射面４０との距離をＤとすると、図４に示したように、反射面２１と、反射面２２及び２３との距離Ｌは、以下の式（４）で表される。

【0041】

Ｌ＝Ｄ×ｔａｎβ・・・式（４）
従って、Ｌを小さくすることによって、反射光Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂの回折角の差（φ２－φ１）、及び反射光Ｌ１ｂ、Ｌ３ｂの回折角の差（φ１－φ３）をより小さくすることができる。

【0042】

また、図３（ｂ）に示したように、集光レンズ１１、１２、１３に入射した入射光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、各反射面２１、２２、２３の中央付近に、幅ｂのライン状に集光される。しかしながら、幅ｂを小さくすると、入射光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のエネルギー集中により、反射面２１、２２、２３が熱で溶ける畏れがる。そのため、幅ｂは、少なくとも回折限界でのビーム径の数倍以上にすることが好ましい。例えば、集光レンズ１１、１２、１３の開口数（ＮＡ）を０．３、波長λを５３０ｎｍ（緑色の波長）とすると、回折限界（λ／ＮＡ）は、１．７７μｍとなる。従って、幅ｂを、回折限界の５倍以上に設定した場合幅ｂは、９μｍ以上にすることが好ましい。

【0043】

また、反射面２１と、反射面２２及び２３との距離Ｌを、Ｌ≧２×ｂにすることによって、隣接する反射面２１、２２、２３間で、入射光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の漏れを防止することができる。例えば、第１の反射面２０と、第２の反射面４０との距離Ｄを１０ｍｍとすると、幅ｂを９μｍに設定した場合、β（φ２－φ１、φ１－φ３）は、約０．１°となる。また、幅ｂを９０μｍに設定した場合、β（φ２－φ１、φ１－φ３）は、約１°となる。従って、隣接する反射面２１、２２、２３で反射された反射光Ｌ１ａ、Ｌ２ａ、Ｌ３ａがなす角度βは、典型的には、２°以下が好ましい。

【0044】

以上、説明したように、本実施形態によれば、集光レンズ１１、１２、１３が設けられた入射面１０と、回折格子３１が設けられた射出面３０との間に、光線角度変換機能を有する第１の反射面２０を配置することによって、回折効率が高く、光源を含む光学系の小型化を図ることができる光合波器１を実現することができる。

【0045】

また、第１の反射面２０を、第１反射面２１と、第１反射面２１に対して、互いに斜め方向に傾斜して配置した第２反射面２２及び第３反射面２３で構成することによって、簡単な構成で、光線角度変換機能を実現することができる。

【0046】

また、入射面１０、第１の反射面２０、第２の反射面４０、及び射出面３０を、透明な同一部材の表面に形成することによって、光合波器１を金型成形により製造することができる。これにより、量産化が容易で、低コストな光合波器１を実現することができる。

【0047】

本実施形態において、波長の異なる複数の入射光として、光の３原色である赤色、緑色、及び青色の半導体レーザを用いた場合、回折格子３１から、３原色の入射光が合波された白色の射出光Ｌ４を射出することができる。これにより、ＬＥＤに比べて、演色性の高い白色光を得ることができる。また、各波長の光強度を変えることによって、様々な色の射出光を生成することができる。

【0048】

また、波長の異なる複数の入射光として、赤色、緑色、及び青色の波長の光を用いた場合、緑色の波長の入射光を、第１反射面２１に入射し、緑色よりも波長の長い赤色の入射光を第２反射面２２に、緑色よりも波長の短い青色の入射光を第３反射面２３に入射させることが好ましい。この場合、緑色の波長の入射光が、回折格子３１において、１次回折効率が最大になるように設定されていることが好ましい。

【0049】

（変形例）
上記実施形態では、図３（ａ）、（ｂ）に示したように、第１の反射面２０を、光合波器１の底部から窪んだ位置に形成した。しかしながら、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の反射面２０を、光合波器１の底部から突出した位置に形成してもよい。ここで、図６（ａ）は、第１の反射面２０の平面図で、図６（ｂ）は、図６（ａ）のVIb－VIb線に沿った断面図である。

【0050】

図３（ａ）、（ｂ）に示したのと同様に、第２反射面２２及び第３反射面２３は、それぞれ、第１反射面２１に対して、互いに斜め方向に傾斜して配置されている。

【0051】

図７は、反射面２１、２２、２３に入射した入射光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と、反射面２１、２２、２３で全反射した反射光Ｌ１ａ、Ｌ２ａ、Ｌ３ａとの関係を示した図である。

【0052】

図７に示すように、Ｚ軸に対して平行に第１反射面２１に入射した光Ｌ１は、Ｚ軸に対して平行に、反射光Ｌ１ａが反射される。一方、入射光Ｌ２は、入射光Ｌ１と交差して、第３反射面２３に、Ｚ軸に対して角度αで入射し、Ｚ軸に対して角度αよりも小さい角度βで、反射光Ｌ２ａが反射される。同様に、入射光Ｌ３は、入射光Ｌ１と交差して、第２反射面２２に、Ｚ軸に対して角度αで入射し、Ｚ軸に対して角度αよりも小さい角度βで、反射光Ｌ３ａが反射される。すなわち、入射光Ｌ２及びＬ３は、図３（ａ）、（ｂ）に示した場合と異なり、それぞれ反対側の反射面２３、２２に入射して、反射される。

【0053】

このように、本変形例においても、複数の反射面２１、２２、２３からなる第１の反射面２０は、光線角度変換機能を有する。

【0054】

（他の実施形態）
図８は、上記実施形態で説明した光合波器１を用いて構成した画像投影装置を模式的に示した図である。なお、光合波器１の各構成及び機能については、説明を省略する。

【0055】

図８に示すように、本実施形態における画像投影装置２は、光合波器１と、波長の異なる複数の光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を、光合波器１に入射する光源５０、５１、５２と、光合波器１から射出した射出光Ｌ４を走査する走査手段６０と、各光源５０、５１、５２における射出光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、及び走査手段６０にける射出光Ｌ４の走査を制御する制御手段７０とを備えている。ここで、光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、例えば、赤色、青色、緑色の波長からなる。

【0056】

具体的には、制御手段７０は、外部から入力される映像信号８１に同期して、各波長の色成分に応じた駆動信号８２を、各光源５０、５１、５２に入力し、各光源５０、５１、５２は、駆動信号８２に応じて、光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を射出する。同時に、制御手段７０は、映像信号８１に同期して、射出光Ｌ４の走査を制御する制御信号８０を、走査手段６０に入力する。走査手段６０は、制御信号８０に応じて、射出光Ｌ４を水平方向及び垂直方向に走査して、走査光線Ｌ５をスクリーン（不図示）上に投影する。これにより、スクリーン上に、映像信号８１に応じた映像が投影される。

【0057】

なお、走査光線Ｌ５を、スクリーン上に投影する代わりに、人の目に網膜に投影してもとよい。例えば、眼鏡を人の頭に装着して網膜に投影するヘッドマウントディスプレイや、画像投影装置２を自動車の車体に設置し、ハーフミラーで走査光線Ｌ５を反射させて網膜に投影するヘッドアップディスプレイ等に適用してもよい。

【0058】

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。

【0059】

例えば、上記実施形態では、第１の反射面２０で反射した複数の反射光Ｌ１ａ、Ｌ２ａ、Ｌ３ａを平行光化する第２の反射面４０を設けたが、反射光Ｌ１ａ、Ｌ２ａ、Ｌ３ａが平行光に近ければ、必ずしも第２の反射面４０を設けなくてもよい。

【0060】

また、上記実施形態では、第１の反射面２０において、入射光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の各反射面２１、２２、２３への入射角を、入射光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が全反射するように設定したが、必ずしも全反射させなくてもよい。また、第１の反射面２０を、アルミニウム等を蒸着した反射ミラー面にしてもよい。

【0061】

また、上記実施形態では、波長の異なる入射光として、光の３原色の波長の例を説明したが、これに限定されず、任意の異なる波長の光であればよい。また、波長の異なる入射光は、３つに限定されず、２つ以上の任意の数であればよい。例えば、２つの波長の場合、可視光と、近赤外あるいは近紫外の不可視光との組み合わせでもよい。あるいは、近赤外と近紫外の不可視光同士の組み合わせでもよい。また、３原色の光に、補助色の光を加えて４つの波長を用いてもよい、これにより、合波した光の表現範囲を広げることができる。

【0062】

また、上記実施形態では、光源５０、５１、５２として、半導体レーザを用いる例を説明したが、これに限定されず、例えば、ＬＥＤ光源を用いてもよい。なお、ＬＥＤ光源を用いた場合、スペクトル幅は狭い方が好ましい。

【0063】

また、上記実施形態では、入射光Ｌ２が第２反射面２２に入射する角度αと、入射光Ｌ３が第３反射面２３に入射する角度αとを同じにしたが、それぞれ異なった角度で第２反射面２２及び第３反射面２３に入射してもよい。

【0064】

また、上記実施形態では、入射面１０、第１の反射面２０、第２の反射面４０、及び射出面３０を、透明な同一部材の表面に形成したが、その一部は、別部材で構成されていてもよい。

【符号の説明】

【0065】

１ 光合波器
２ 画像投影装置
１０ 入射面
１１、１２、１３ 集光レンズ
２０ 第１の反射面
２１ 第１反射面
２２ 第２反射面
２３ 第３反射面
３０ 射出面
３１ 回折格子
４０ 第２の反射面
５０、５１、５２ 光源
６０ 走査手段
７０ 制御手段
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ 入射光
Ｌ１ａ、Ｌ２ａ、Ｌ３ａ 反射光
Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂ、Ｌ３ｂ 反射光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】